(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つの電子供与性材料と、１つのフラーレン誘導体の異性体混合物とを同一層に含む光活性層を有するフォトダイオードであって、フラーレン誘導体は少なくとも７０個の炭素原子の炭素クラスタと、炭素クラスタに結合した少なくとも１つの付加物とを含み、該付加物はフラーレン誘導体が電子供与性材料と混和する性質を有するように選択されることを特徴とするフォトダイオード。
【請求項２】
炭素クラスタは、７０〜９６０個の炭素原子から成ることを特徴とする請求項１記載のフォトダイオード。
【請求項３】
フラーレンの誘導化の程度が１つのフラーレンにつき１〜３個の、フラーレン付加物結合であることを特徴とする請求項１または２記載のフォトダイオード。
【請求項４】
少なくとも付加物の一部は、１〜１２個の炭素原子を有する、脂肪族炭化水素であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のフォトダイオード。
【請求項５】
付加物は、アリール（カルボン酸アルキル）エステル基を含むことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のフォトダイオード。
【請求項６】
電子供与性材料が共役ポリマ、共役オリゴマから選択されることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載のフォトダイオード。
【請求項７】
共役オリゴマまたはポリマは、チオフェン、フェニレン、フルオレン、ポリアセチレン、イソチオナフテン、ベンズチアジアゾール、ピロールおよびそれらの組合せの、オリゴマまたはポリマから成る群から選択されることを特徴とする請求項６記載のフォトダイオード。
【請求項８】
光活性層におけるフラーレンの電子供与性材料に対する重量対重量比が１０：１〜１：１０の範囲内であることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載のフォトダイオード。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれか１項に記載のフォトダイオードを含むことを特徴とする太陽電池パネル。
【請求項１０】
請求項１〜８のいずれか１項に記載のフォトダイオードを含むことを特徴とする光検出器または光強度計。
【請求項１１】
請求項１〜８のいずれか１項に記載のフォトダイオードを作製するための方法であって、少なくとも１つの電子供与性材料と１つのフラーレン誘導体の異性体混合物とが、液体と混合され、その後、混合された溶液が基板に適用され、乾燥されてフォト活性層を形成する方法において、該フラーレン誘導体は少なくとも７０個の炭素原子の炭素クラスタと、炭素クラスタに結合した少なくとも１つの付加物とを含むことを特徴とする方法。
【請求項１２】
太陽光から電気を発生させるための、請求項１〜８のいずれか１項に記載のフォトダイオードの使用。
【発明の詳細な説明】
【発明の詳細な説明】
【０００１】
本発明は、電子供与性材料と電子受容性材料としてのフラーレンとに基づく、フォトダイオード、特に太陽電池に関する。
【０００２】
太陽電池は、典型的にはいくつかの光電池を含む。伝統的には、これらの電池は、ｐ型（電子供与性）材料の層とｎ型（電子受容性）材料との層を含む、無機ｐｎヘテロ接合ダイオードである。このような無機ダイオードのための材料の例は、シリコン、ヒ化ガリウムおよび硫化カドミウムである。
【０００３】
国際公開第９４／０５０４５号パンフレットにおいて、ｐ型材料の層を形成するための共役ポリマから、および、ｎ型材料の層を形成するためのフラーレン、特にバックミンスターフラーレン（Ｃ６０フラーレン）を用いて、フォトダイオードを作製することが提案されている。ｐ型材料およびフラーレンが別個の層に存在するフォトダイオードの欠点は、充分な吸光度を有する効率的な光電池を提供するために、層の厚さが必要なことにある。この必要な厚さの故に、電荷分離はあまり効率的でないと見られる。さらに、内部電気抵抗は、許容できないレベルにまで増加される可能性がある。
【０００４】
米国特許第５７５９７２５号明細書は、電子受容性材料としてではなく電荷発生材料として作用する非晶質フラーレンの層を含む光導電体に関する。このダイオードは、非導電性透明マトリックスポリマを含んでもよい。非晶質フラーレンが電極間に直接接触して挟まれて存在する非晶質フラーレンから成る太陽電池が示されている。
【０００５】
国際公開第０１／８４６４４号パンフレットは、光活性層の両側に被着された２つの金属電極を含む光電池に関する。光活性層は、電子供与性材料としての共役ポリマと電子受容性材料としてのフラーレンとから組み立てられる。フラーレンは機能化されてもよい。国際公開第０１／８４６４４号パンフレットに引用されたフラーレンは、バックミンスターフラーレン（Ｃ６０）である。
【０００６】
太陽電池のようなフォトダイオードに基づく既知のフラーレンにしばしば伴う問題は、相対的に効率が低く、および／またはフラーレンが脆弱なことである。フラーレン層を脆弱でないようにするためには、欧州特許出願公開第１０６３１９７号明細書におけるフラーレン二量体のような、フラーレンを別のフラーレンと反応させポリマフラーレンを形成するヘテロ接合構造体を調製することが提案されている。
【０００７】
満足すべき効率を有し、好ましくは堅牢である太陽電池のような、代替のフォトダイオードが依然必要となる。したがって、本発明の目的は、満足すべき効率と堅牢性を有する、既知のフォトダイオードまたは太陽電池の代替として働く新規のフォトダーオード、特に新規の太陽電池を提供することである。
【０００８】
この目的が電子受容性材料として特定の群のフラーレンからフラーレンを選択することによって実現されるということが見出された。
【０００９】
したがって、本発明は、少なくとも１つの電子供与性材料（ｐ型材料）と、少なくとも１つのフラーレン誘導体（電子受容体として、ｎ型材料）とを含む光活性層を有するフォトダイオード、好ましくは太陽電池に関し、フラーレン誘導体は、少なくとも７０個の原子の炭素クラスタと、炭素クラスタに結合した少なくとも１つの付加物とを含み、その付加物はフラーレン誘導体が電子供与性材料に適合しまたは結合されるように選択される。
【００１０】
本発明に従うフォトダイオードは、特に、Ｃ60フラーレンのような７０個未満の原子の炭素クラスタを持つフラーレンを有する類似の電池と比べて、非常に良好な効率を示すということが見出された。
【００１１】
本発明に従うフォトダイオード中の光活性層は、３５０〜１０００ｎｍの範囲内の改良された吸光度を有するということが見出され、フラーレンがＣ60フラーレン誘導体である、類似の光活性層に比べて光起電力効果が上昇する（たとえば、Ｃ60に比べてＣ70に対しては約６倍）という結果をもたらすということが見出された。
【００１２】
さらに、本発明に従う、フォトダイオード中の光活性層は、非常に良好な電子受容特性を有することということが見出された。
【００１３】
加えて、良好な吸光度と組合せて、電気伝導度は非常に満足できるものであるということが見出された。
【００１４】
したがって、本発明に従うフォトダイオードは、既知のフォトダイオードの代替として、各種用途に使用するために非常に適している。フォトダイオードは、フラットベッドスキャナなどのたとえば光学スキャナにおいて、太陽電池として、光強度計として、または光検出器として使用するのに特に適しているということが見出された。したがって、本発明は、本明細書または請求項に記載されたフォトダイオードを含む、太陽電池、太陽電池パネル、光強度計、（光学走査器などの）光検出器にも関する。このような装置にフォトダイオードを用いる適切な方法は、半導体ポリマおよびＣ６０フラーレン（誘導体）に基づくフォトダイオードのような既知のフォトダイオードのための方法に類似する。たとえば、“Large-Area, Full-Color Image Sensors Made with Semiconducting Polymers”, G. Yu; J. Wang; J. McElvain; A.J. Heeger, Advanced materials 10(1998), 17, 1431-1433に記載されているような光検出器が作られてもよい。
【００１５】
ｐ型材料、たとえば共役オリゴマまたはポリマと、ｎ型材料とは、光活性層中に混合物として存在してもよく、または、ｎ型材料およびｐ型材料のそれぞれから成る別個の副層として存在してもよい。システムの安定性および堅牢性および効率に関して非常に良好な結果が、ｐ型およびｎ型材料の混合物で達成されている。
【００１６】
フラーレンは、三次元構造を与える、殆どまたは全て炭素原子の共有結合原子のクラスタ（炭素クラスタとも称される）である。典型的な構造は、多かれ少なかれ球状（「サッカーボール」形状のＣ60フラーレンおよびさらに楕円形のＣ70フラーレンなど）および円筒形状（Ｃ500およびＣ540フラーレンなど）である。本発明に従う太陽電池のようなフォトダイオードにおけるフラーレン誘導体のフラーレン部分は、少なくとも７０個の原子によって形成されたこのような炭素クラスタを含むいかなるフラーレンであってもよい。実際上の理由で、炭素クラスタを形成する原子の量は、好ましくは９６０個以下であり、さらに好ましくは、２４０以下であり、一層さらに好ましくは、９６個以下であり、たとえばＣ70、Ｃ76、Ｃ78、Ｃ80、Ｃ82、Ｃ84、Ｃ86、Ｃ88、Ｃ90、Ｃ92、Ｃ94またはＣ96である。
【００１７】
随意的に、太陽電池のようなフォトダイオードは、いくつかの異なるフラーレン、たとえば、フラーレンと、フラーレンの異なる量の原子および／またはいくつかの異性体との混合物を含む。フォトダイオード中のフラーレンの一部が誘導体化されていないことも可能である。たとえば、実際上の見地から、一群の誘導体化されたフラーレンから本発明に従う電池を製造し、残りの量の未反応フラーレンが依然存在することが好ましいこともある。
【００１８】
好ましくは、光活性膜は、炭素クラスタが少なくとも７６個の原子によって形成されるフラーレン誘導体を含む。このようなフラーレンによって、特に良好な吸光度を実現することができると見出されている。
【００１９】
好ましくは、炭素クラスタを形成する原子は本質的に全て炭素原子であり、少数の原子は、異なる原子、たとえば、窒素、酸素、イオウまたはホウ素であってもよい。炭素クラスタを形成する原子の０〜６個が、炭素以外の原子であるフラーレンによって、非常に良好な結果が得られている。随意的に、炭素クラスタは、炭素クラスタの内部空間に、１個以上のランタニドおよび／またはアルカリ原子などの１個以上の原子を含む。
【００２０】
炭素クラスタは、１つの中央空間を有する単一の三次元構造体（単一ケージ、単一フラーレン単位またはフラーレン単量体と称される）、いくつかのケージから本質的に成るフラーレンオリゴマ（たとえばフラーレン二量体）またはフラーレンケージから本質的に成るフラーレンポリマを形成してもよい。フラーレンがフラーレン単量体である、特に太陽電池におけるフォトダイオードによって、非常に良好な結果が達成されている。オリゴマという用語は２〜９の単量体単位（たとえば、フラーレンケージまたは有機単量体）を含む構成部分を説明するために本明細書では用いられる。ポリマという用語は、本明細書では、９を超える単量体単位を含む構成部分を説明するために本明細書では用いられる。
フラーレン誘導体は、炭素クラスタに結合した少なくとも１つの付加物をさらに含む。付加物という用語は、電子供与性材料と適合性がある部分、すなわち、フラーレン誘導体が電子供与性材料に積層されたとき、これに接着するような、またはフラーレン誘導体は電子供与性材料と混和可能であって、混合状態を形成することができるような、適合性を有する部分を述べるために本明細書では用いられる。
【００２１】
したがって、適合性があるという用語は、ｐ型材料と組合せて、ｎ型材料が光活性層として作用する適切な機能性を有する光活性層を形成するために混和可能であることを示すために用いられる。典型的には、適合性は、全ての種類の相互貫入する網状組織の形成に寄与する。特に、フラーレン誘導体は、フォトダイオードの光活性層に存在するフラーレン誘導体と電子供与性材料との混合物が光子を吸収することができ、（電子および／または正孔のような）電荷担体を発生し、電気伝導的な方法で光活性層に接続された電極へ、電荷担体の移動を可能にする場合には、電子供与性材料と適合性があると考えられる。
【００２２】
混合相はマクロスケールで均質であってもよい。ナノスケールでは相分離され異なる相を含んでおり、それらの相はｐ型材料のｎ型材料に対する比が異なってもよい。巨視的には、混合物は光活性層の厚みに亘って程度の差こそあれ均一の比を有してもよく、または該層は層状になってもよい、すなわち、ｐ型材料のｎ型材料に対する比が光活性層の厚みに亘って徐々にまたは段階的に変化することになる。
【００２３】
好ましくは、付加物の容積はフラーレンの容積よりも小さい。したがって、電子輸送特性を特に良好に維持することができるということが見出された。
【００２４】
適切な付加物の例は、直鎖、分岐または環状炭化水素である。炭化水素は、置換基を有していてもよく、たとえば、カルボン酸エステル、アミド、エーテル、ラクトン、ラクタム、ウレタン、炭酸塩、アセタール、アミンおよびハロゲンから成る群から選択された１つ以上の官能基を含んでいてもよい。
【００２５】
好ましい付加物は、アルキル基、さらに好ましくは１〜１２個の炭素原子、さらに一層好ましくは、２〜７個の炭素原子を有するアルキル基を含む。アルキル基は、直鎖、分岐または環状であってもよい。好ましくは、アルキル基の少なくとも大部分は直鎖である。アルキル基は１つ以上の置換基および／または官能基を有していてもよい。官能基として、好ましくは１〜１０個の炭素原子のアルキル部分を有するエーテルおよびカルボン酸エステルが特に好ましい。付加物は、１つ以上のアリール基であるかまたは含有してもよい。適切なアリール基の例は、ベンゼン、チオフェン、ピロール、ピロリジンおよびフランベースのものである。アリール基自体は、１つ以上の側鎖で置換されてもよい。好ましい側鎖は、アルキル基、アルコキシ基、アルコキシカルボニル基、Ｃ−および／またはＮ−アルキルアミド基およびアリール基から成る群から選択された基である。
【００２６】
アリール基およびエステル化アルカンカルボン酸基を含む付加物で誘導体化された（メタノ）フラーレン、およびこのような（メタノ）フラーレンの機能的類似体を用いて、非常に良好な結果が達成されている。アリールは、たとえば、フェニル、チオフェン、インドール、ピロールまたはフランであってもよく、このうちフェニルは特に好ましい。エステルは、直鎖または分岐Ｃ１〜Ｃ２０カルボン酸、好ましくはＣ３〜Ｃ７カルボン酸、さらに好ましくは、Ｃ４カルボン酸と、Ｃ１〜Ｃ２０アルカノール、好ましくはＣ１〜Ｃ４アルカノールとから形成されてもよい。この種の非常に好ましい誘導体化（メタノ）フラーレンは、フェニル酪酸メチルエステル誘導体化フラーレン（［ｎ］−ＰＣＢＭとも称され、ここで、ｎは炭素クラスタを形成する原子の数）である。
【００２７】
アリール（カルボン酸アルキル）エステル部分を含むフラーレン誘導体を含むフォトダイオードの光起電力特性を改良するために、アリール（特にフェニル）の水素の少なくとも１つをカルボン酸基、好ましくは、メトキシ基で置換することは、有利であるということが見出された。アリール（アルコキシアルキル）エステル部分を含むフラーレン誘導体の適合性を改良するために、アリールの水素の１つ以上をアルキルまたはアルキル類縁部分で置換することは、有利であるということが見出された。
【００２８】
ＰＣＢＭ型の好ましい誘導体には、（メタノ）フラーレンの［６，６］位置で誘導体化された（メタノ）フラーレン、および［５，６］位置で誘導体化された（メタノ）フラーレンが含まれ、これらはフラーロイドまたはホモフラーレンとして知られる。
【００２９】
特に適したフラーレン誘導体の別の群は、「Ｎ−および／またはＣ−置換フラーレノピロリジン(fullereropyrrolidines)」、「ディールスアルダー付加物」、「Ｎ−置換［５，６］アザフラーロイド」、「［５，６］アザフラーロイドの光酸化によって得られるもののようなＮ−置換ケトラクタム」、「Ｎ−置換フラーロアリジリン)」から成る群から選択される。
【００３０】
付加物は、ＶＩＳ域内で光子を吸収する必要はない（これは染料の場合にも当てはまる）。実際、多くの可視光吸収染料は、光活性層の電気伝導度に弊害をもたらす傾向があると見出されている。したがって、特に、非常に高い電気伝導度が所望される場合には、付加物は可視光に本質的に透明であることが好ましい。実際には、付加物は、減衰係数が、約５００ｃｍ-1ｍｏｌ-1未満の４００〜８００ｎｍの範囲内にある場合には、透明であると考えられる。
【００３１】
炭素クラスタは、クラスタを形成する１個以上の原子での付加物を含む。好ましくは、フラーレンあたりのフラーレン付加物結合の平均数は、１〜３の範囲内である。
【００３２】
原則として、電子供与性材料は、フラーレン誘導体の付近に存在する場合には、電子供与特性を有するいかなる無機または有機材料であってもよい。たとえば、電子供与性材料は、ｏｐ  ｐ型（半）導体分子材料、好ましくは、ｐ型共役ポリマ、ｐ型共役オリゴマ、繰り返し単位のないｐ型共役分子（すなわち、非ポリマ、非オリゴマ分子）、量子ドットおよび井戸ならびに無機半導体ナノ粒子から成る群から選択されてもよい。
【００３３】
繰り返し単位のない電子供与性分子の特に適当な例には、プロフィリン、フタロシアニン（共に金属原子またはイオンの錯体化の有無に拘わらず）、および置換されたコロネンが含くまれる。
【００３４】
量子ドットおよび井戸の特に適切な例は、Luque, A; and Marti, A.: Increasing the Efficiency of Ideal Solar Cells by Phonton Included Transitions at Intermediate Levels. Phys. Rev. Lett., vol. 78, no.26, 1997, pp. 5014-5017およびMurray, C.B.; Norris. D.J.; and Bawendi, M.G.: Synthesis and Characterization of Nearly Monodisperse CDE(E=S, SE, TE)Semi-conductor Nanocrystallites. J. Am. Chem. Soc., vol. 115, no. 19, 1993, pp. 8706-8715.に記載されているものを含む。
【００３５】
ナノ粒子の特に適切な例には、たとえば、“Photovoltaic properties of nanocrystalline CuInS2-methanofullerene solar cells”, Elif Arici; N. Serdar Sariciftci; Dieter Meissner, Molecular crystals and liquid crystals science and technology, vol. 385 (2002), pag.129に記載されているナノ結晶性ＣｕＩｎＳ2など、または、Hybrid Nanorod-Polymer Solar Cells Wendy U. Huynh, Janke J. Dittmer, A. Paul Alivisatos, Science 295, 2425-9 (2002)に記載されたナノ粒子を含む。
【００３６】
ｐ型オリゴマおよびポリマの好ましい例は、誘導体化よび非誘導体化チオフェン、フェニレン、フルオレン、アセチレン、イソチオナフテン、ベンズチアジアゾール、ピロールおよびそれらの組合せのオリゴマまたはポリマである。特に好ましい組合せは、（フェニレン・ビニレン）オリゴマおよびポリマから成る群から選択されたｐ型材料である。
【００３７】
適切な組合せには、前記ｐ型材料を含む混合物、コポリマおよびハイブリッド構造体が含まれる。特に、処理可能性に関しては、オリゴ−およびポリアルキルチオフェン、オリゴ−およびポリ（ジアルコキシフェニレンビニレン）、オリゴ−およびポリ（９，９ジアルキルフルオレン）から成る群から選択された化合物で、およびオリゴ−およびポリ（Ｎアルキルピロール）で、非常に良好な結果が達成されている。
【００３８】
誘導体の非常に好ましい群は、オリゴ−およびポリ（ジアルコキシフェニレンビニレン）および特にオリゴ−およびポリ［［２−メトキシ−５−（３’，７’−ジメチルオクチルオキシ）］−ｐ−フェニレンビニレン］（ＭＤＭＯ−ＰＰＶ）である。
【００３９】
ｐ型ポリマまたはオリゴマのようなｐ型材料に対するフラーレン誘導体の適切な比は、本明細書に開示された情報および一般常識に基づき、通常、材料の特定の組合せに対して決定することができる。良好な結果は、たとえば、フォトダイオード、特に太陽電池で達成されており、その場合には、ｐ型材料対フラーレンの比（重量対重量）は、約１０：１から１：１０であり、好ましくは、１：１から１：５である。約１：２から１：４の比で、非常に良好な結果が達成されている。実際には、光活性層は、好ましくは、ｎ型材料、特にフラーレン誘導体とｐ型材料とから本質的に成る。
【００４０】
図１は、本発明に従うフォトダイオードの概略的描写を示す。最外部の透明層１（使用時、太陽光に臨む）は、他の層の基板として作用する。最外層は、太陽光（可視、ＵＶおよび／または近ＩＲ、好ましくは少なくとも可視および近ＩＲ）が通過し、太陽光に露出されたときに、充分安定しているいかなる材料から成ってもよい。最外層に対する適切な材料は、当技術分野では既知である。このような材料の好ましい例には、ガラスおよび透明なポリマ、特に、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）などのプラスチックが含まれる。光活性層４は、２つの電極２および６の間に位置し、電極のうち一方はアノードとして、他方はカソードとして作用する。実用的な理由から、カソードは層１と光活性層４との間に好ましくは配置される。アノードが充分透明である場合には、アノードは層１と４との間に配置されてもよい。カソードおよびアノードのための適切な材料は、当技術分野では既知であり、当業者は適切な組合せの選択方法を知っているであろう。好ましいカソードは、透明導電性酸化物から成る群から選ばれ、そのうち、ＳｎＯ2：Ｆ，ＳｎＯ2：Ｓｂ，ＺｎＯ：Ａｌ，およびインジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）が特に良好な例である。これらは、光子の光活性層への通過を可能にするために良好な透明度を示す。適切なアノードには、カルシウム、アルミニウム、バリウム、金、白金または銀が挙げられる。層が（半）透明である場合には、原則として、層１と光活性層４との間に電極として金属薄層を用いることができる。随意的には、フォトダイオードは、１つ以上の他の層を含む。適切な他の層は、当該技術において、随所で報告されている。その例は、ポリ（３，４エチレン・ジオキシチオフェン）ポリスチレンスルホン酸塩（ＰＥＤＯＴ：ＰＳＳ）層３またはその材料の機能的類似体および／またはＬｉＦ層５またはその機能的類似体である。
【００４１】
各種層の寸法は、広い範囲内で選ばれてもよい。当業者は、電池のための選択材料および所望仕様に依存して、適切な値の選び方を知っているであろう。良好な結果が、たとえば、約２０〜５００ｎｍ（特にＩＴＯで）の範囲内の電極２の厚さ、約２０〜５００ｎｍの範囲内のＰＥＤＯＴ：ＰＳＳ層３、約２０〜１０００ｎｍの範囲内の光活性層４、約０．１〜１０ｎｍの範囲内のＬｉＦ層５、および約２０〜１０００ｎｍの範囲内の電極６によって、達成されている。
【００４２】
本発明は、さらに、フォトダイオード、特に太陽電池を作製するための方法に関し、少なくとも１つのｐ型材料、好ましくは（半）導体ポリマ、および本明細書にで定義された少なくとも１つのフラーレンが液体と混合され、その後、乾燥されて光活性層を形成する。
【００４３】
本発明は、さらに、フォトダイオード、特に太陽電池を作製するための方法に関し、光活性層が、本明細書に定義された少なくとも１つの電子供与性材料を含む副層を（電極の１つと随意的にＰＥＤＯＴ：ＰＳＳのような層とを通常含む）基板に積層し、本明細書に定義された少なくとも１つのフラーレン誘導体を含む別個の副層を該基板に積層することによって作製される。
【００４４】
ｐ型材料、ｎ型材料またはそれらの混合物が、特定のｐ型材料に対して適した当該技術で既知のいかなる手段、たとえば、ｐ型ポリマまたはｐ型オリゴマの場合には、スピンコーティング、インクジェット印刷、ドクターブレーディング、スプレーコーティング、溶媒キャスティングによって積層可能である。
【００４５】
フラーレン誘導体は、フラーレン誘導体の溶液から直接に、たとえば、回転塗布法、浸漬、注入および均一化によって、適切に積層可能であることが意外にも見出されている。これと対照的に、先行技術に記載された太陽電池のようなフォトダイオード中のフラーレンベースのｎ型層は、難しく高価になりがちな蒸着技法によって典型的になされる。
【００４６】
本発明は、さらに、本明細書に記載されたフラーレン誘導体、炭素クラスタが７０〜９６０個の原子、さらに好ましくは７６〜２４０個の原子、さらに一層好ましくは８６〜２４０個の原子から成る、フラーレン誘導体に関する。さらに、特に、本発明は、上記で定義されたようにタイプ［ｎ］−ＰＣＢＭのフラーレン誘導体に関し、ここでは、ｎは、クラスタを形成している原子の数である。本明細書で記載されるような、フォトダイオード中のフラーレン誘導体のためのその他の好適な例は、本明細書に示された通りである。本発明に従うフラーレン誘導体は、対応するＣ６０フラーレンの調製と同様の方法でなされてもよい。
【００４７】
本発明は、光起電力効果を改善するための、特に光活性層の光起電力変換効率を増加させるための、好ましくは吸光および／または電子受容特性を改善するための、本明細書に記述されたフラーレン誘導体の使用に関する。
本発明を、以下の実施例によってさらに説明する。
【００４８】
実施例１
S.E. Shaheen et al. Appl. Phys. Lett. 78, 841-843 (2001)に記載されている手順と同じように、調製が行われ、そこでは、Ｃ６０フラーレンが用いられた。
【００４９】
ポリ［２−メトキシ、５−（３’，７’−ジメチル−オクチルオキシ）−ｐ−フェニレン−ビニレン］（ＭＤＭＯ−ＰＰＶ）を電子供与体として、［６，６］−フェニル−酪酸メチルエステル誘導化されたＣ７０フラーレン（［７０］−ＰＣＢＭ）を電子受容体として用いた。ＩＴＯ／ガラス基板を前方電極として用いた。約１００ｎｍのＰＥＤＯＴ−ＰＳＳ層（ＢａｙｅｒＡＧ，ＥＬグレード）を、ＩＴＯ層上で水性懸濁液から回転成形した。光活性層（約８０ｎｍ）を、ＭＤＭＯ−ＰＰＶとＰＣＢＭとの１：４重量比の１，２−ジクロロベンゼン溶液から回転成形した。上部電極として、約１ｎｍの薄膜ＬｉＦ、その後１００ｎｍのＡｌ層を、有機層上で熱蒸着によって蒸着した。
【００５０】
比較のために、別の電池を、同じ方法であるが、電子受容性材料として［６０］−ＰＣＢＭを用いて作製した。
【００５１】
両方の電池を、“Accurate efficiency determination and stability studies of conjugated polymer/fullerene solar cells”, J.M. Kroon, M.M. Wienk, W.H. Verhees, J.C. Hummelen, Thin Solid Films 403-404,223-228 (2002)に記載されるように決定した。［７０］−ＰＣＢＭを用いた太陽電池の効率は、［６０］−ＰＣＢＭを用いた太陽電池の効率より２０％高かった（２．５％の代わりに３．０％）。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】太陽電池のようなフォトダイオードの概略図を示す。
【図１】
0005237551.tif 000002